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气象环保

基于GPRS DTU环保监测应用方案

时间:2016-01-06 来源:本站原创


环境监 测部门作为国家环境保护系统的技术部门,是环境 管理工作的重要基础。随着市 民环境意识的增强,越来越 多的人开始关心所处环境质量的好坏,要求环 境保护工作透明化;上级主 管部门也需要数量大、种类发多、更新快的信息。所有这一切,给环境 监测部门提出了一个应引起重视的问题:如何建立起实用性强、覆盖面广、灵活性 好的环保数据采集系统,满足各 方面对环境监测信息的需求。

 

 

在环保系统中,常常需 要对众多的污染排放点进行实时监测,大部分 监测数据需要实时发送到管理中心的后端服务器进行处理。由于监测点分散,分布范围广,而且大 多设置在环境较恶劣的地区,通过电 话线传送数据往往事倍功半。通过GPRS无线网 络进行数据传输,成为环 保部门选择的通信手段之一。污染源 监测设备可将采集到的污染数据和告警信息通过GPRS网络及 时发送到环保监测部门,实现对 排污单位或个人的及时管理,可以大 大提高环保部门的工作效率。

 

一、市场需求

某省现已有16个城市 的环境监测站及各县区监测站纳入省级监测网,三级以 上环境监测站共102个,监测主要对象是工业"三废"的排放 及治理情况及大气环境、水环境、噪声环境等。包括:监测14个城市 的空气环境质量现状,12条主要水系、7个主要湖库、7个近岸港湾及16个城市 饮用水源的水质现状,9个城市 的噪声污染现状,并通过 综合指数等方法进行趋势分析,最后得 出环境质量结论。

 

省环保 数据采集系统是一个由污染源排放监测点和监测中心组成的污染源监测系统。该系统 可对污染源进行自动采样、对主要 污染因子进行在线监测;掌握城 市污染源排放情况及污染源排放总量,监测数 据自动传输到省环保监测中心;由监测 中心的计算机进行数据汇总、整理和综合分析;监测信 息传至省环保局,由省环 保局对污染源进行监督管理。

各污染 源排放监测点安装污染源监测仪,对污染源进行监测。监测中 心接收监测点传输的监测信息;并负责 对监测信息进行分类、筛选和综合分析。省环保 局作为系统的决策中心,对从监 测中心站获得的监测信息进行分析、调研,及时作出管理决策,增加管理力度。

 

 

目前,省环保 监测站与各采集点之间的数据通信主要采用手工抄录或PSTN电话线传输。采用电 话线传输数据时,由于每 次拨号都需要等待,速度慢,而且费用也较高。同时,由于各 监控点分布范围广、数量多、距离远,个别点还地处偏僻,因此需 申请很多电话线,而且有 些监控点有线线路难以到达。

GPRS数据传输具有速度快、分布范围广、使用费用低的特点,其传输 速度理论上最高可达171.2kb/s,实际平均数速度可达30kb/s字节/秒。与有线通讯方式相比,采用GPRS无线通 信方式则显得非常灵活,它具有组网灵活、扩展容易、运行费用低投,维护简单、性价比高等优点因此,目前正考虑采用GPRS无线传 输方式解决污染源监测数据的实时传输问题。

二、方案优点

中国移动GPRS系统可 提供广域的无线IP连接。在移动通信公司的GPRS业务平 台上构建环保信息采集传输系统,实现环 保信息采集点的无线数据传输具有可充分利用现有网络,缩短建设周期,降低建设成本的优点,而且设备安装方便、维护简单。经过比较分析,我们选择中国移动的GPRS系统作 为环保信息采集传输系统的数据通信平台。

 

GPRS无线环 保污染源在线监控系统(GPRS DTU)具备如下特点:

A、可靠性高:与SMS短信息方式相比,GPRS DTU采用面向连接的TCP协议通信,避免了 数据包丢失的现象,保证数据可靠传输。中心可 以与多个监测点同时进行数据传输,互不干扰。GPRS网络本 身具备完善的频分复用机制,并具备 极强的抗干扰性能,完全避 免了传统数传电台的多机频段“碰撞”现象。

B、实时性强:GPRS具有实时在线的特性,数据传输时延小,并支持多点同时传输,因此GPRS DTU监测数 据中心可以多个监测点之间快速,实时地进行双向通信,很好地 满足系统对数据采集和传输实时性的要求。目前GPRS实际数据传输速率在30Kbps左右,完全能 满足系统数据传输速率(≥10Kbps)的需求。

C、监控范围广:GPRS网络已 经实现全国范围内覆盖,并且扩容无限制,接入地点无限制,能满足山区、乡镇和 跨地区的接入需求。由于环 保信息采集点数量众多,分布在全省范围内,部分环 保信息采集点位于偏僻地区,而且地理位置分散。因此采用GPRS网络是其理想的选择。

D、系统建设成本低:由于采用GPRS公网平台,无需建设网络,只需安装设备就即可,建设成本低;也免去 了网络维护费用。

E、系统运营成本低:采用GPRS公网通信,全国范 围内均按统一费率计费,省去昂贵的漫游费用, GPRS网络可 按数据实际通信流量计费,(1-3/1K字节),也可以 按包月不限流量收费,从而实 现了系统的低成本通信。

F、可对各 监测点仪器设备进行控制:通过GPRS DTU数据监控中心,可实现 对现场设备的远程控制,例如:远程开关控制,远程复位控制,远程状态查询,远程参数配置,远程固件升级等。

G、系统的传输容量,扩容性能好:环保中 心站要和每一个环保信息采集点实现实时连接。由于环 保信息采集点数量众多,系统要 求能满足突发性数据传输的需要,而GPRS技术能 很好地满足传输突发性数据的需要;由于系统采用成熟的TCP/IP通信架构,具备良好的扩展性能,一个监 控中心可轻松支持几千个现场采集点的通信接入。

HGPRS传输功耗小,适合野外供电环境:虽然与 远在千里的数据中心进行双向通信,GPRS数传设 备在工作时却只需与附近的移动基站通信即可,其整体 功耗与一台普通GSM手机相当平均功耗仅为200毫瓦左右,比传统 数传电台小得多。因此GPRS传输方 式非常适合在野外使用太阳能供电或蓄电池供电的场合下使用。

 

 

3、解决方案介绍

由于GPRS通信是基于IP地址的 数据分组通信网络,因此监 测中心计算机需要一个固定的IP地址或固定的域名,各个数据采集点采用GPRS模块通过IP地址或 域名来访问该主机,从而进行数据通信。

 

(一)系统组成

(1)、环保信息采集点:

现场监 控点通过环保数据采集器自动采集污染源信息,通过RS232RS485接口与GPRS DTU终端相连,环保数 据采集器采集到的数据通过GPRS 数据传 输终端的内置嵌入式处理器对数据进行处理、协议封装后发送到GPRS无线网络。

(2)、监控中心:

a)公网接入方案

服务器 采用公网方式接入Internet,如ADSL拨号/电信专线宽带上网等,申请公网固定IP地址;可以实 现中小容量的数据采集应用。

b)专网接入方案

服务器 采用省移动通信公司提供的DDN专线申请配置固定IP地址,与GPRS网络相连。由于DDN专线可 提供较高的带宽,当环保 信息采集点数量增加,中心不 用扩容即可满足需求,可实现 大容量数据采集应用。

监控中心RADIUS服务器接受到GPRS网络传 来的数据后先进行AAA认证,后传送 到监控中心计算机主机,通过系 统软件对数据进行还原显示,并进行数据处理,这样进 一步增强了系统数据通信安全性能。

3GPRS/GSM移动数据传输网络:

现场监 控点采集的数据经GPRS/GSM网络空 中接口功能模块同时对数据进行解码处理,转换成 在公网数据传送的格式,通过中国移动的GPRS无线数 据网络进行传输,最终传送到监控中心IP地址。

(二)系统方案

各监控点使用GPRS DTU透明数据传输终端,通过移动GPRS网络与监控中心相连。各污染 源数据采集点使用移动通信公司的GPRS普通数据卡或APN专用数据卡,同时监控中心对各点GPRS终端编号进行登记并与采 集点信息进行关联,以便识别和维护处理。信息采 集中心运行监控系统软件,实时采 集环保信息数据。

凡省环 保局授权的信息采集点均可以使用本系统:

1、环保信 息采集点必须使用移动统一的APN卡,用户使 用本卡只能用于与环保站数据通信功能。

2、终端设 备使用北京禹风时代信息技术有限公司提供的GPRS DTU移动数据通信终端。

3、用户登记:符合省 级环保局的规定。

(三)产品特性

本系统采用EC2161系列GPRS无线数据传输终端。产品基于中国移动的GPRS网络,具有高性能、高可靠 及抗干扰能力强等特点,提供标准232数据接 口可直接与计算机、单片机系统、RTU测控终端、PLCGPS接收机、数据集中器等连接,传输速率达171Kbps,具有远程诊断、测试、监管功能,满足各 行业调度或控制中心与众多远端站之间的数据采集和控制。

1、支持GSM/GPRS 90018001900MHz三频

2、符合ETSI GSM Phase 2+标准

3、提供RS232接口

4、系统理论传输速率171Kbps,实际传输速率40Kbps

5、支持透明数据传输、数据终 端永远在线或工作模式选择

6、支持中心为固定IP或动态数据中心域名

7、支持APN数据专网业务

8、支持自动心跳,保持永久在线

9、心跳报 告时间间隔用户可自行设定

10、支持近端/远程配置与维护

11、短信息服务,支持PDUBLOCK模式

12、全部采用工业接口

13、整机低功耗技术,在线待机电流<20mA

14、先进的电源技术,输入电压范围宽

15、内置防浪涌、防过流设计

16、硬件看门狗设计,防止死机

17、优化电磁兼容设计,适合电 磁环境恶劣和要求较高的应用需求

18、适应低温、高温等特殊工作环境

19、 安装灵活、使用方便、可靠。

(四)安全措施

由于环 保数据采集系统的特殊性,本系统 需要极高的系统安全保障和稳定性。安全保 障主要是防止来自系统内外的有意和无意的破环,网络安 全防护措施包括信道加密、信源加密、登录防护、访问防护、接入防护、防火墙等。稳定是指系统能够7×24小时不间断运行,即使出 现硬件和软件故障,系统也不能中断运行。

数据中 心可通过公网接入,或者到移动专网接入,采用公 网接入方式成本比较低,企业不用租用专线,而使用 数据专线接入时,GPRS DTU数据传输设备要经过Radius服务器的认证整个数 据传送过程得到了加密保护,安全性比较高,可充分 保障速度和网络服务质量。

1APN数据专网模式:企业内部网络中配置APN服务器,移动终端使用APN数据专网,由于采用数据专网,服务器与公网Internet隔离,可以有 效避免非法入侵。

2、用SIM卡的唯一性,对用户SIM卡手机 号码进行鉴别授权,在网络侧对SIM卡号和APN进行绑定,划定用 户可接入某系统的范围,只有属于指定行业的SIM卡手机 号才能访问专用APN,移动终 端与数据中心采用中国移动分配的专门的APN进行无线网络接入,普通手机的SIM卡号无法呼叫专门的APN

3、可以为每个GPRS DTU数据传设备单独配置ID号和密码,通过数 据中心在其登陆时进行应用层认证,其他没 有数据中心分配的ID号和密码的GPRS的设备 将无法登录进入系统,系统的 安全性进一步增强。

4、数据加密:可对整 个数据传送过程进行加密保护。

5、网络接 入安全鉴定机制:采用防火墙软件,设置网 络鉴权和安全防范功能,保障系统安全。

四、结论

数据中 心采用有线方式,租用静态IP目前费用约800~1500/月。采集点采用GPRS无线方式,流量费 用目前有包月制和按数据量两种收费方式,按流量计算0.01-0.03/KB,而包月制5/月有30M流量,可满足 环保局目前环保数据采集系统的实际数据量,估计日 后其费用会逐步降低。

对于环 保局等用户来说,由于通信费用较低,享受到了实惠。另外,由于接 入设备可以移动,当环保 观测站和环保信息采集点搬迁时设备可随之迁移并可继续使用,可以保 护用户原有投资,适合于 环保采集工作的特点。

因此采用GPRS构建环 保数据采集系统,不仅能 很好地满足环保信息采集的需求,而且,做为网 络运营商的移动通信公司也将因此获得业务稳定的集团用户,随着用户数量的增加,移动通 信公司的营收也随之增加,调动了 运营商的积极性,符合网 络建设和网络应用同步发展的要求。

 

 


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